포스텍, 압력·온도 동시 감지 3차원 반도체 센서 개발

국내 연구진이 로봇이 정밀한 환경 변화를 감지할 수 있는 차세대 3차원 반도체 센서를 개발했다.

포스텍(POSTECH)은 정성준 신소재공학과·IT융합공학과 교수, 조영민 IT융합공학과 박사 연구팀이 압력과 온도를 동시에 감지하는 3차원 반도체 소자 기반 다기능 센서 어레이를 개발했다고 20일 밝혔다.

전자 피부가 실제 사람 피부처럼 정교한 감각 기능을 발휘하려면 압력과 온도를 동시에 독립적으로 측정할 수 있어야 한다. 기존 반도체 기반 센서는 반도체 소자 특성상 온도변화에 따라 측정된 자극의 값이 달라지는 근본적인 문제가 있었다. 그로 인해 실온이 아닌 환경에서는 압력과 온도를 정확하게 구별해 측정하기 어려웠다.

공동 연구팀은 두 개의 반도체 소자를 적층한 3차원 구조로 이를 해결했다. 아래층 소자는 온도의 변화에 따라 전기적 특성이 달라지는 원리를 활용해 온도를 감지하고, 위층에는 압력에 따라 저항이 달라지는 압력 감지 시트를 결합해 압력을 측정하도록 설계했다. 이 복합 구조는 온도와 압력을 동시에 감지할 뿐 아니라 온도 데이터를 이용해 온도의 영향을 보정함으로 주변 환경 온도에 상관없이 정확한 압력 측정을 가능하게 했다.

연구팀은 이를 바탕으로 대면적 3차원 센서 어레이를 구현했다. 2차원 공간에서 압력과 온도를 동시에 정확히 감지하는 데 성공했다.

연구팀은 센서를 로봇팔에 부착해 물체를 들어 올리는 실험에서 3차원 다기능 센서가 측정한 물체 온도와 압력으로 안정적으로 물건을 들어 올릴 수 있음을 확인했다.

정성준 포스텍 교수는 “이번 3차원 반도체 기반 센서 연구를 통해 여러 지점에서의 온도와 압력을 동시에 측정할 수 있는 기술을 증명했다”라며, “이를 바탕으로 온도와 압력 감지 기능을 갖춘 인공 피부 또는 다양한 온도의 환경에서 정밀한 작업을 수행하는 로봇팔 등 개발이 가능해질 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학 분야의 국제 학술지 중 하나인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 온라인판에 최근 게재됐다.